食品发酵工程概论(A)答案.doc

沈阳农业大学考试答案及评分标准专用纸
2007年—— 2008年第二学期
教师姓名： 郑艳 课程所在单位： 食品学院
课程名称： 食品发酵工程概论 课 程 号： 10702101-0
考试方式： 闭卷 考核对象：2006级食品科学与工程
一、填空题（本题总计17分，每空1分）
1.自然选育、诱变育种、基因重组育种、代谢控制育种、基因工程育种
2.136~390nm、260nm、光复活效应
3.酶活性调节、终产物反馈阻遏、分解代谢产物反馈阻遏、酶的诱导调节
4.首末端氧化、次末端氧化、两末端氧化
5.β-氧化、TCA
二、概念题（本题总计18分，每小题3分）
1.与待扩增的DNA片段两端的核苷酸序列特异性互补的人工合成的寡核苷酸序列，它是决定PCR扩增特异性的关键因素。
2.通过采用选择性培养基，使目的微生物大量繁殖，而其他微生物的生长被抑制，从而便于目的微生物的分离。
3.调节基因的产物阻遏物，通过控制操纵子中的操纵基因从而影响其邻近的结构基因的活性。
4.凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称为生长因子。
5.连续不断的向发酵罐中流加新鲜发酵液，同时又连续不断的排出等量的发酵液，从而使pH、养分、溶解氧保持恒定，使微生物生长和代谢活动保持旺盛稳定的状态的一种发酵方式。
6.又称聚合酶链式反应、或无细胞克隆技术，使根据DNA模板特异性模仿体内复制的过程，在体外适合的条件下，以单链DNA为模板，以人工设计合成的寡核苷酸为引物，利用热稳定的DNA聚合酶，从5′-3′方向渗入单核苷酸，从而特异性的扩增DNA片段的技术。
三、判断改错题（本题总计10分，每小题2.5分）
1.错，DNA连接酶。
2.错，主要是由于在DNA链间或链内形成了胸腺嘧啶二聚体。
3.错，主要是由于基因自发突变造成的。
4.错，常采用处于对数期的细胞进行处理。
5.错，糖缺乏，pH上升，是补料的标志。
四、简答题（本题总计42分，每小题6分）
1.请从基因水平解释一下乳糖不耐症的原因？及为什么少量多次的饮用牛奶，会缓解乳糖不耐症现象？
人体肠道内的微生物自人断奶后主要以食物中的葡萄糖为主要的碳源进行生长，当人类（除欧美以外）引用乳糖含量较高的牛奶时，肠道内的微生物的生长收到了影响，从而造成了腹泻。当少量多次引用牛奶后，由于乳糖钝化了调节基因的产物-阻遏物，从而使得RNA聚合酶能够顺利的沿着DNA链滑动，转录出mRNA，进而翻译成分解乳糖的相关酶；因此，肠道内的微生物能够以乳糖为碳源进行生长，维持了肠道内的菌群平衡。
2.微生物初级代谢与次级代谢的关系？
（1）初级代谢是基本的，普遍存在于各类微生物中，且代谢途径基本相似。
次级代谢是在初级代谢的基础上进行的，途经各种各样，不是每种类型微生物所必需的，往往仅限于某种类型的微生物中。
（2）初级代谢与次级代谢在生理上的作用不同
初级代谢是生物机体必需的，如果代谢途径中某个环节发生差错，直接影响着机体的生长与死亡。
次级代谢不是生物机体生长所必需的，途经中某环节发生障碍，致使不能合成次级代谢产物，而不影响机体正常的生长。
（3）初级代谢与次级代谢与生长的关系不同
初级代谢与生长有平行关系，从一开始就存在于机体中。
次级代谢一般出现在生长的稳定期，产物在停止分裂的细胞中合成。
（4）初级代谢与次级代谢的代谢产物不同
初级代谢产物单一，而次级代谢产物是一群化学结构上非常相似的各种成分的混合物。
（5）催化次级代谢产物合成的酶的专一性不想初级代谢那样强。
（6）次级代谢产物的生成经历了两个阶段及营养增殖期（菌体活跃增值阶段，几乎不形成次级代谢产物）和生产期（细胞停止生长，进入恒定起，才开始活跃的合成抗生素等次级代谢产物）。
（7）初级代谢和次级代谢同样受到核内DNA的调节控制，但次级代谢受核内遗传物控制的同时还受核外遗传物质的控制。
通常情况下次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代谢途径不是独立的而是与初级代谢途径有密切关系的。他们在调节控制上相互影响，当与次级代谢有关的初级代谢途径受到控制时，次级代谢产物的合成必然受阻。
3. 发酵工业培养基设计的基本原则？
（1）要清楚微生物的营养类型；
（2）要调整好营养物质的碳氮比；
（3）要满足微生物生长的理化条件如pH、渗透压等；
4.发酵工业对工业微生物菌种有哪些要求？
（1）能在廉价原料制成的培养基上生长，且生成的目的产物产量高，易于回收。
（2）生长快，发酵周期短。
（3）菌种不易变异退化。
（4）具有较强的抗噬菌体和杂菌污染的能力。
（5）菌种不是病原菌，不产任何毒素和有害的生物活性物质。
5.如何筛选低温蛋白酶产生菌？
查阅文献资料了解低温蛋白酶产生菌的生长特性；
采集富含低温蛋白酶产生菌的样品（主要根据低温蛋白酶产生菌的生长特性，确定采样的地点，如深海、极地、冻土等）；
富集培养（以酪素为培养基中的唯一碳源，使低温蛋白酶产生菌能够大量的生长，同时抑制其他非目的微生物的生长）；
分离筛选，将富集培养后的培养液涂布在分离培养基上，使其中的微生物成为单菌落；
初筛，将分离出的菌株培养液涂布在酪素为唯一碳源的琼脂培养基上，挑选透明圈大的菌落为初筛所得菌株，并进一步做复筛试验；
复筛，将初筛所得菌株接种到发酵培养基中，进行发酵，测定发酵液中淀粉酶的酶活力和酶蛋白量，从而选出产淀粉酶能力强的菌株；
6.基因工程构建的基本步骤？
（1）外源DNA与载体的获得
（2）外源DNA与载体的连接，形成重组分子
（3）重组体分子通过转化或感染引入受体细胞
（4）含有重组体克隆的筛选与鉴定
（5）外源基因的表达
7. 糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢的关系？
糖原经过EMP途径、TCA循环生成了几个重要的中间体化合物磷酸二羟丙酮、丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸、乙酰辅酶A等，其中磷酸二羟丙酮是脂肪分子中甘油合成的中间体化合物；乙酰辅酶A是脂肪酸合成的前体物质；丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、草酰乙酸可通过转氨基作用与蛋白质的代谢联系起来，同时氨基酸和通过糖的异生作用合成葡萄糖。
五、论述题（共20分）
1. 为什么原始菌株不具有大量积累某一种代谢产物的能力，而代谢拮抗物抗性突变株则具有此能力？
微生物在长期的进化过程中形成了一套完善的调控系统，这套调控系统的存在使得微生物能够根据细胞内外环境条件的变化迅速准确的调整代谢反应的速率、代谢反应的方向、代谢物质的流量。既不会使代谢物因蓄积而造成浪费，也不致因为代谢物的缺乏而供不应求，从而保持各种代谢物的浓度相对稳定和动态平衡，使得细胞得以生长。
细胞中的这种调控作用主要靠两个因素：酶的活性调节（反馈抑制），酶的合成调节（反馈阻遏）。
酶的活性调节：受反馈抑制（酶活性抑制）的调节酶，一般都是变构酶，酶活力调节的实质就是变构酶的变构调节。变构酶分子中除了有与底物结合的活性中心（即催化中心）外还有一个能与最终产物结合的调节中心，当终产物过量时，多余的终产物就会与酶分子的调节中心结合，改变酶分子的空间构象，从而影响了底物与催化中心的结合；当最终产物由于参与机体代谢浓度下降时，最终产物与酶的调节中心随即解离，从而酶恢复了原有的空间构象，底物与酶的催化中心又可以结合。
酶的阻遏性调节：代谢终产物阻遏性调节，如果某一终产物生成量很多时，过量的终产物会与调节基因的产物阻遏物元结合形成全阻遏物，进而结合在操纵基因上，从而影响了RNA聚合酶的转录，因此酶的合成就中止了。当最终产物由于参与机体代谢浓度下降时，最终产物与阻遏物元随即解离，并从操纵基因上脱落下来，从而RNA聚合酶的转录能够顺利地进行，酶的合成又重新启动。
因此在通常的情况下，微生物不具备大量积累某一代谢终产物的能力；代谢拮抗物抗性突变株则是因为调节基因发生突变，使得代谢终产物不再能够与调节基因的产物（阻遏物）结合，因而酶合成的反馈阻遏作用被有效的解除了；或者是关键酶的结构基因发生突变，从而使得代谢终产物不再能够与关键酶的调节中心结合，因为酶活性的反馈抑制作用被有效的解除了，所以该菌株具有大量积累某一代谢终产物的能力。
2.发酵过程中pH波动的主要原因是什么？对发酵有何影响？如何加以控制？
（1）发酵过程中pH波动的原因
①基质代谢
糖代谢 特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一
氮代谢 当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时，氮源当碳源利用pH上升。
生理酸碱性物质 利用后pH会上升或下降
②产物形成
某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。
③菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。
（2）pH的改变对发酵的影响
①pH影响酶的活性。当pH值抑制菌体某些酶的活性时使菌的新陈代谢受阻。
②pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变，从而改变细胞膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢物的排泄，因此影响新陈代谢的进行。
③pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离，从而影响微生物对这些物质的利用。
④pH影响代谢方向
pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。例如黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在pH近中性时，则产生草酸。
谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下积累谷氨酸，在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
（3）pH的控制
①调节好基础料的pH。基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5~6.8。
②在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等。
③通过补料调节pH
在发酵过程中根据糖、氮消耗需要进行补料。在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH。
如调节补糖速率，调节空气流量来调节pH；当NH2-N低，pH低时补氨水；
当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO4。
④当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
⑤发酵的不同阶段采取不同的pH值